基于质量时变的HAP燃料舱结构模态分析

发布时间：2020-07-21 10:55

【摘要】：HAP三组元推进剂燃料舱是大功率鱼雷燃气涡轮机动力能源段的重要组成部分,燃料舱工作过程中,海水推动活塞完成HAP水溶液的挤代供应。因HAP水溶液与海水密度存在明显差异,燃料舱增压挤代过程属于典型的质量时变系统。本文针对HAP燃料舱,开展质量时变过程中的模态分析研究,可为燃料舱振动特性分析及全雷振动与噪声分析奠定良好的基础,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文基于Rayleigh-Ritz能量法建立HAP燃料舱未充液情况下的干模态结构动力学方程,在此基础上分别采用声固耦合法、附加质量法及虚拟质量法建立充液情况下的湿模态结构动力学方程。根据工作过程中HAP水溶液、挤代水质量变化和活塞位置变化,最终采用虚拟质量法建立HAP燃料舱基于质量时变的湿模态结构动力学方程。利用Patran-Nastran有限元分析软件,建立HAP燃料舱干模态、湿模态的有限元分析模型。将某型鱼雷燃料舱进行适当改造作为HAP燃料舱的试验燃料舱,采用有限元仿真与模态试验相结合的方法,获得试验燃料舱干模态参数、HAP水溶液和海水处于不同质量状态下的湿模态参数,通过调整虚拟质量系数,基于试验结果修正试验燃料舱有限元模型的建模方法,最终修正完善了HAP燃料舱湿模态的有限元模型,计算并分析了自由-自由状态下的前四阶非刚体模态参数。依据湿模态结构动力学方程,通过Matlab程序和Patran-Nastran软件的PCL语言对有限元软件进行二次开发,在HAP燃料舱湿模态有限元分析模型基础上计算质量时变过程中的模态参数,分析了固有频率和振型随时间变化的情况。基于质量时变的HAP燃料舱模态分析对HAP燃料舱的振动故障诊断、结构设计及性能优化具有重要指导意义。
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V434.2
【图文】：

为重要的水中兵器，不断朝着高航速、远航程、大深度隐身攻击力提出了更高的要求。目前鱼雷上常用的活塞机、电动机已经无功率的涡轮发动机成为重型鱼雷推进系统的发展趋势。涡轮发动开高能量密度燃料的持续供应。目前世界热动力鱼雷推进剂的主元燃料，仅英、俄两国掌握 HAP 三组元燃料舱分舱贮存、稳定元燃料舱研究刚刚起步，目前已完成强度、稳定性以及初步动态得更大的推进剂装载量，鱼雷燃气涡轮机 HAP 三组元燃料舱采贮存，将 HAP 和鱼推-3 燃料分别贮存在内环舱室和外环舱室内原理图如图 1.1 所示，HAP 三组元燃料舱主要由双层导管、活塞料舱壳体组成，分为HAP舱和鱼推-3燃料舱两个舱室。HAP舱室 挤代腔室构成。鱼雷工作过程中，海水分别进入鱼推-3 燃料舱推-3 燃料舱的海水直接挤代燃料完成供应，进入 HAP 挤代舱室动活塞挤压 HAP 舱室中的 HAP 水溶液完成供应。

料舱增压挤代过程中，燃料舱属于典型的质量时变系统。为研AP 燃料舱振动特性的影响，本章在构建 HAP 燃料舱干模态结别采用声固耦合法、虚拟质量法及附加质量法建立 HAP 燃料塞位于某一固定位置）结构动力学方程。综合三种计算方法的考虑工作过程中的众多时变因素，最终采用虚拟质量法建立基构动力学方程，着重分析 HAP 水溶液质量、海水质量以及活阵的影响。料舱结构组成及简化假设元推进剂燃料舱是大功率燃气涡轮机动力能源舱段的重要组代供应过程中，活塞位置、HAP 质量及海水质量变化对燃料

挤代舱（即端盖 1 与活塞之间）推动活塞运动，活塞从一端运动到另一端完成 HAP 的挤代供应。为简化 HAP 燃料舱数学模型，依据以往经验，结构动力学方程建立中将 HAP 三组元燃料舱壳体和导管均简化为圆柱壳，两侧端盖和活塞简化为环形平板。本文仅分析自由-自由状态下的 HAP 燃料舱振动特性。3.3 基于 Rayleigh-Ritz 能量法的 HAP 燃料舱结构动力学方程由于边界条件的复杂性，本文采用 Rayleigh-Ritz 能量法，建立 HAP 燃料舱的结构动力学方程，获得结构自由振动的结果。

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本文编号：2764317